【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トルクセンサに関し、より詳しくは非接触型の磁歪式のトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触型の磁歪式のトルクセンサは、一般に、トルク伝達軸に固定され、一軸磁気異方性を備えた磁性金属薄膜と、それに近接して配置された励磁コイルと検出コイルとを備え、印加トルクによって磁歪膜に生じた透磁率の増減を検出コイルの電位差として取り出して印加トルクを検出する。
【０００３】
この種のトルクセンサにあっては、温度変化によって各コイルのインダクタンスが変化する（温度ドリフトが発生する）ため、検出特性が変動するという不具合がある。このため、振幅の正負（上下）が異なる２出力を差動増幅することにより、温度変化に起因するインダクタンスの変化を相殺させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２２１９４１号公報（図５、図９および図１０）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
励磁コイルに励磁信号が供給されて電圧が印加されると、相互誘導によって検出コイルに誘導電流が発生する。このとき、検出コイルには、誘導電流に起因した自己誘導電圧が生じる。そのため、励磁コイルと検出コイルの間にさらに相互誘導が生じ、励磁コイルを流れる電流が変化する（励磁コイルの見掛け上のインダクタンスが変化する）。
【０００６】
このように、検出コイルの自己誘導電圧によって励磁コイルのインダクタンスが変化するため、検出コイルの出力がトルク伝達軸に印加されたトルクに比例した値を示さず、検出精度が低下するという不具合があったが、従来技術に係るトルクセンサにあっては、温度変化に起因するインダクタンスの変化の影響を解消するに止まり、検出コイルの自己誘導電圧に起因する励磁コイルのインダクタンスの変化については考慮されていなかったため、改良の余地を残していた。
【０００７】
従って、この発明の目的は、検出コイルの自己誘導電圧に起因する励磁コイルのインダクタンスの変化を防止して検出コイルの出力と印加されたトルクの関係を比例関係としてトルクの検出精度を向上させるようにしたトルクセンサを提供すると共に、温度変化に起因するインダクタンスの変化の影響も解消して安定した検出特性を得るようにしてトルクの検出精度を一層向上させるようにしたトルクセンサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１項にあっては、トルク伝達軸に固定され、磁気異方性を備えた磁歪膜と、前記磁歪膜に近接して配置された励磁コイルおよび検出コイルと、前記励磁コイルが励磁されたときの前記検出コイルの出力を入力して入力値から前記トルク伝達軸に印加されるトルクを検出する検出部とを備えたトルクセンサにおいて、前記検出コイルを４個備え、その中の２個を負電圧側同士の差動結合とすると共に、残余の２個を、前記負電圧側同士の差動結合とされた２個のそれと巻き方向を逆向きにして正電圧側同士の差動結合とし、さらに前記検出部は、前記負電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの出力と前記正電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの出力とに基づいて前記トルク伝達軸に印加されるトルクを検出するように構成した。
【０００９】
検出コイルを４個備え、その中の２個の検出コイルを負電圧側同士の差動結合とすると共に、残余の２個の検出コイルを正電圧側同士の差動結合としたので、温度変化に起因するインダクタンスの変化を相殺してその影響を解消し、よって安定した検出特性を得ることができる。また、負電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの巻き方向と正電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの巻き方向を逆向きに（背反的に）して各検出コイルの極性を相違させるようにしたので、検出コイルの自己誘導電圧およびそれに起因する励磁コイルの相互誘導電圧が相殺されて励磁コイルのインダクタンスに変化が生じないため、検出コイルの出力と印加されたトルクの関係が比例関係となり、よってトルクの検出精度を一層向上させることができる。
【００１０】
また、請求項２項にあっては、前記トルクセンサは、電動機によって車両の操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置の前記操舵トルクを検出するトルクセンサであるように構成した。
【００１１】
請求項１項に係るトルクセンサは上記した効果を有するので、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に装着されて大きな温度変化に曝されるときも、インダクタンスの変化の影響を解消して安定した検出特性を得ることができるため、運転者からステアリングホイールを介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを一層向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の一つの実施の形態に係るトルクセンサを説明する。
【００１３】
図１は、この発明の一つの実施の形態に係るトルクセンサを模式的に示す原理図である。
【００１４】
図示の如く、トルクセンサ１０は、トルク伝達軸（回転軸）１２に固定され、磁気異方性を備えた磁歪膜（磁性金属薄膜）１４と、磁歪膜１４に近接して配置された励磁コイル（１次側と示す）１６と、同様に磁歪膜１４に近接して配置された２次側と３次側の２個の検出コイル２０，２２とを備える。以下、２次側の検出コイル２０を「２次側検出コイル」と呼び、３次側の検出コイル２２を「３次側検出コイル」と呼ぶ。
【００１５】
トルク伝達軸１２は、Ｎｉをほとんど含まない、クロムモリブデン鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４１０５、記号ＳＣＭ）などからなる。また、磁歪膜１４は、磁気異方正が与えられた第１の磁歪膜１４ａと第２の磁歪膜１４ｂから構成される。
【００１６】
第１の磁歪膜１４ａと第２の磁歪膜１４ｂは、具体的には、図に矢印で示す如く、トルク伝達軸１２の軸線１２ａに対して±４５度の方向に一軸磁気異方性を備えるように構成されると共に、トルク伝達軸１２の全周に所定幅にわたって固定（貼付）される。より詳しくは、各磁歪膜１４ａ，１４ｂは歪み応力（圧縮応力および引っ張り応力）に対して透磁率の変化の大きい素材からなる金属膜であり、例えば、トルク伝達軸１２の外周に湿式メッキ法で形成した、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜からなる。Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜は、例えば、重量％においてＮｉが５０から６０であり、残余がＦｅである。
【００１７】
磁歪膜１４は上記したようにトルク伝達軸１２の外表面に直接設けても良く、あるいはパイプ状の別部材上に形成した後、別部材ごとトルク伝達軸１２上に固定するようにしても良い。また、磁歪膜１４およびトルク伝達軸１２の素材も上記したものに止まらないことはいうまでもない。
【００１８】
励磁コイル１６は、第１の励磁コイル１６ａと第２の励磁コイル１６ｂから構成される。第１の励磁コイル１６ａと第２の励磁コイル１６ｂは、それぞれ第１の磁歪膜１４ａと第２の磁歪膜１４ｂ（およびトルク伝達軸１２）に近接して、より詳しくは０．４〜０．６ｍｍ程度の間隙をもって配置された磁心（図示せず）に巻かれてなり、励磁電源２６から交流電流を通電されて励磁される。
【００１９】
２次側検出コイル２０は、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂから構成される。第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂは、励磁コイル１６と同様に、それぞれ第１の磁歪膜１４ａと第２の磁歪膜１４ｂ（およびトルク伝達軸１２）に近接して、より詳しくは０．４〜０．６ｍｍ程度の間隙をもって配置される。励磁コイル１６の磁心と検出コイル２０の磁心は、磁歪膜１４（およびトルク伝達軸１２）に近接しつつ対向して配置される。また、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂは巻き方向が逆向きにされ、差動結合、具体的には負電圧側同士の差動結合とされる。
【００２０】
また、３次側検出コイル２２も、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂからなると共に、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂは、それぞれ第１の磁歪膜１４ａと第２の磁歪膜１４ｂ（およびトルク伝達軸１２）に近接して、より詳しくは０．４〜０．６ｍｍ程度の間隙をもって配置される。また、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂも巻き方向が逆向きにされ、差動結合、具体的には正電圧側同士の差動結合とされる。
【００２１】
尚、第１の３次側検出コイル２２ａは第１の２次側検出コイル２０ａと巻き方向が逆向きにされて極性が相違させられると共に、第２の３次側検出コイル２２ｂは第２の２次側検出コイル２０ｂと巻き方向が逆向きにされ、極性が相違させられる。
【００２２】
このように、この実施の形態に係るトルクセンサ１０にあっては、計４個の検出コイルを備えると共に、接続されるコイル同士、および同一の磁歪膜に近接して配置されるコイル同士は、それぞれ巻き方向が逆向き（背反的）になるように配置される。
【００２３】
トルク伝達軸１２（および磁歪膜１４）と磁心の間には磁気回路が形成され、その磁気回路において、励磁コイル１６が励磁されたとき、外部から印加されるトルクに応じてトルク伝達軸１２に生じる応力歪みに比例する透磁率の増減が生じ、各検出コイル２０，２２の出力端にその誘導電圧が微少な電圧値の変化として出力される。
【００２４】
２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２の出力は、処理回路２８に入力される。処理回路２８は、後述するように印加トルクの方向および大きさを検出し、それらを示す出力を生じる。
【００２５】
以下、この実施の形態に係るトルクセンサ１０を、車両の操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置に装着し、運転者から入力される操舵トルクを検出するトルクセンサとして利用した場合を例にとって詳説する。
【００２６】
図２は、トルクセンサ１０を電動パワーステアリング装置の操舵トルクを検出するトルクセンサとして利用した場合を示す説明図である。
【００２７】
図示の如く、車両３０において運転席に配置されたステアリングホイール３４は、ステアリングシャフト３６に連結され、ステアリングシャフト３６はユニバーサルジョイント３８，４０を介してコネクティングシャフト４２に連結される。
【００２８】
コネクティングシャフト４２は、ラック・ピニオン型ステアリングギア４４のピニオン４６に連結される。ピニオン４６はラック４８に噛み合っており、よってステアリングホイール３４から入力された回転運動はピニオン４６を介してラック４８の往復運動に変換され、フロントアクスルの両端に配置されたタイロッド（ステアリングロッド）５０およびキングピン（図示せず）を介して２個の前輪（操舵輪）５２を所望の方向に転舵させる。
【００２９】
ラック４８上には同軸に電動機（電動モータ）５４およびボールねじ機構５６が配置され、電動機出力はボールねじ機構５６を介してラック４８の往復運動に変換され、ステアリングホイール３４を介して入力された操舵トルク（操舵力）を補助（減少）する方向にラック４８を駆動する。
【００３０】
ここで、ステアリングシャフト３６の適宜位置には前記したトルクセンサ１０が設けられ、運転者が入力した操舵力（操舵トルク）の方向と大きさに応じた信号を出力する。
【００３１】
トルクセンサ１０の出力は、電動パワーステアリング装置用のＥＣＵ（電子制御ユニット）６０に入力される。ＥＣＵ６０は、マイクロコンピュータからなり、車載バッテリ（１２Ｖの片電源）６２から駆動電源を供給されて所定のクロック周波数（動作周波数）で動作する。
【００３２】
ＥＣＵ６０は、トルクセンサ１０が検出した操舵トルクの方向と大きさ、および図示しない別のＥＣＵから供給される車速を表す信号に基づいて操舵トルクのアシスト量と方向を決定し、指令値（ＰＷＭ制御のデューティ比）を算出してモータ駆動回路６４を介して電動機５４を駆動制御する。このため、トルクセンサ１０の操舵トルクの検出精度は、電動パワーステアリングの操舵フィーリングに影響することになる。
【００３３】
また、ＥＣＵ６０は、トルクセンサ１０の出力に基づいてトルクセンサ１０の故障を検出し、故障が検出されたときは運転席付近に配置された警告灯６６を点灯させて運転者に報告する。
【００３４】
図３は、トルクセンサ１０の構成を詳細に示すブロック図である。
【００３５】
図示の如く、ＥＣＵ６０には、５Ｖの定電圧レギュレータ６８を介して車載バッテリ６２が接続され、５Ｖの動作電圧が供給される。ここで、ＥＣＵ６０のクロック周波数（動作周波数。より詳しくは、マイクロコンピュータを構成するＣＰＵの内部周波数）は、クリスタル（水晶）発振子７０の発振周波数（外部周波数）を内部で所定倍して得た周波数とされる。この実施の形態にあっては、クリスタル発振子７０の発振周波数を１０ＭＨｚ、ＥＣＵ６０内部での倍率を４倍とし、よってＥＣＵ６０の内部では、供給された５Ｖの動作電圧から、振幅５Ｖ、周波数４０ＭＨｚの矩形波が生成されるものとする。
【００３６】
ＥＣＵ６０は、その内部に分周器（回路）６０ａを備える。分周器６０ａは、ＥＣＵ６０のクロック周波数をカウントするカウンタ（図示せず）を備え、外部からのプログラミングによってカウンタの設定値（カウント値）を変更することで、分周比を任意の値に設定することができる。この実施に形態にあっては、カウンタのカウント値を１６００に設定することで分周比を１／１６００とし、分周器６０ａから２５ｋＨｚ（振幅５Ｖ）の矩形波が出力されるものとする。
【００３７】
分周器６０ａの出力は、リファレンス電圧生成部７２に入力される。尚、この明細書で「リファレンス電圧」とは、処理回路２８の内部で発生する交流信号の中点（振幅の中点）を示す電圧値を意味する。リファレンス電圧生成部７２は、分周器６０ａから出力された振幅５Ｖの矩形波のデューティ比５０％に相当する電圧、即ち、２．５Ｖの定電圧をリファレンス電圧として出力する。
【００３８】
一方、分周器６０ａから出力された２５ｋＨｚの矩形波は帯域２次フィルタ（バンドパスフィルタ）７４にも入力され、そこで矩形波を構成する２５ｋＨｚ以外の高調波成分が除去（減衰）されると共に、リファレンス電圧生成部７２で生成されたリファレンス電圧が入力され、よって中点を２．５Ｖとする振幅５Ｖ、周波数２５ｋＨｚの正弦波（ｓｉｎ波）が生成される。
【００３９】
帯域２次フィルタ７４で生成された正弦波は、反転増幅部（オペアンプ）７６で波形の反転と振幅の増幅処理が施された後（処理後の波形の中点も前記したリファレンス電圧とされる）、ＲＣフィルタ（ローパスフィルタ）７８を介して励磁コイル１６（具体的には、第１の励磁コイル１６ａおよびそれに接続された第２の励磁コイル１６ｂ）に励磁信号として供給される。励磁コイル１６に励磁信号が供給されると、２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２には、ステアリングシャフト３６（図３で図示せず）に印加された操舵トルクの方向および大きさに応じた位相の出力（電圧波形）が生じる。
【００４０】
この実施の形態では、上記した如く、励磁信号である正弦波はＥＣＵ６０から出力される矩形波を分周して得た波形から生成する、即ち、励磁信号をデジタル信号から生成するようにしたので、温度変化や電源電圧の変動の影響を受け難い安定した励磁信号を供給することができる。従って、２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２が出力する波形も安定するため、トルクの検出精度を向上させることができる。このため、運転者からステアリングホイール３４を介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを向上させることができる。
【００４１】
さらに、帯域２次フィルタ７４や反転増幅部７６、ＲＣフィルタ７８といった励磁信号を生成するためのアナログ回路の特性に個体差（製造バラツキ）が生じた場合には、外部からのプログラミングによってカウンタの設定値（カウント値）を変更し、分周器６０ａの分周比を変更することにより、アナログ回路に入力される矩形波の周波数をアナログ回路の特性、特に帯域２次フィルタ７４の時定数に対応した値に設定することができる。このため、アナログ回路の特性に個体差が生じた場合であっても、ノイズを含まない励磁信号（正弦波）を生成することができ、トルクの検出精度を一層向上させることができる。
【００４２】
また、正弦波（励磁信号）の中点を示すリファレンス電圧を矩形波のデューティ比５０％に相当する電圧としたので、図４に示す如く、励磁電源から供給される電圧Ｖｃｃに変動が生じて正弦波の振幅が変化しても、それに追従して振幅の中点を示すリファレンス電圧Ｖｒｅｆも変化することになる。例えば、励磁電源の電圧Ｖｃｃが５．２Ｖを示すとき、リファレンス電圧Ｖｒｅｆはその５０％、即ち、２．６Ｖとなる。
【００４３】
このため、車載バッテリ６２のような片電源（単電源）を利用して励磁信号を生成する場合でも、常に上下（具体的には、リファレンス電圧Ｖｒｅｆを中点としたときの上側の振幅と下側の振幅）で差の生じない大きな振幅の励磁信号を生成することができる。換言すれば、励磁電源から供給される最大電圧を利用して励磁信号を生成することができる。尚、図３に示す構成において励磁電源とは、車載バッテリ６２から分周器６０ａに至るまでの各構成、即ち、車載バッテリ６２、定電圧レギュレータ６８、ＥＣＵ６０および分周器６０ａを示す。
【００４４】
次いで、図５を参照し、２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２について詳説する。図５は、図３で符合Ｓで示すセンシング部の拡大図である。尚、センシング部Ｓは、励磁コイル１６と、２次側検出コイル２０と、３次側検出コイル２２と、図示しないステアリングシャフト３６（およびそれに固定された磁歪膜１４）とからなる。
【００４５】
図５に示すように、第１の励磁コイル１６ａに近接する位置には、第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側コイル２２ａが配置される。前述したように、第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側コイル２２ａは、巻き方向が逆向きに（背反的に）されて極性が相違させられる。具体的には、第１の励磁コイル１６ａと第１の２次側検出コイル２０ａは極性が同一にされると共に、第１の励磁コイル１６ａと第１の３次側コイル２２ａは極性が相違させられる。
【００４６】
また、第２の励磁コイル１６ｂに近接する位置には、第２の２次側検出コイル２０ｂと第２の３次側コイル２２ｂが設けられる。前述したように、第２の２次側検出コイル２０ｂと第２の３次側コイル２２ｂも、同様に巻き方向が逆向きに（背反的に）されて極性が相違させられる。具体的には、第２の励磁コイル１６ｂと第２の２次側検出コイル２０ｂは極性が相違させられると共に、第２の励磁コイル１６ｂと第１の３次側コイル２２ｂは極性が同一にされる。
【００４７】
図示の如く、第１の励磁コイル１６ａと第２の励磁コイル１６ｂは、それぞれ負電圧側と正電圧側が直列に接続される。他方、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂは、それぞれの負電圧側同士が直列に接続された差動結合とされる。また、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂは、それぞれの正電圧側同士が直列に接続された差動結合とされる。
【００４８】
ここで、各コイルに生じる誘導電圧について説明する。同図において、矢印（黒）が自己誘導電圧を示し、矢印（白）が相互誘導電圧を示す。また、各矢印の添字は、１が励磁コイル、２が２次側検出コイル、３が３次側検出コイルの起電力によって生じた誘導電圧であることを示す。
【００４９】
符合ａが付される第１のコイル（１６ａ，２０ａ，２２ａ）を例にとって説明すると、第１の励磁コイル１６ａに励磁信号が供給されて電圧が印加されると、第１の励磁コイル１６ａには電流ｉ１が流れると共に、その流れ方向と逆向きの自己誘導電圧が生じる。このとき、第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側検出コイル２２ａには、相互誘導電圧が生じる。
【００５０】
第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側検出コイル２２ａに誘導電圧が生じると、各コイルには電流（誘導電流）ｉ２，ｉ３が発生すると共に、発生した電流と逆向きの自己誘導電圧が生じる。第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側検出コイル２２ａに自己誘導電圧が生じると、それに起因して第１の励磁コイル１６ａに相互誘導電圧が生じるため、第１の励磁コイル１６ａの見掛け上のインダクタンスが変化する（流れる電流が変化する）。
【００５１】
しかしながら、この実施の形態にあっては、第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側検出コイル２２ａの巻き方向が逆向きに（背反的に）されていることから、２つのコイルに流れる電流の位相が１８０度ずれるため、それらに生じる自己誘導電圧も対向する。従って、ｉ２＝ｉ３ならば、第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側検出コイル２２ａに生じる自己誘導電圧同士が相殺されて零になると共に、それらに起因して生じる第１の励磁コイル１６ａの相互誘導電圧も相殺されて零になる。
【００５２】
よって各コイルにおいて発生する誘導電圧は、符合ｂが付される第２のコイル（１６ｂ，２０ｂ，２２ｂ）を例にとって示すように、励磁コイル１６の自己誘導電圧と、それに起因して生じる２次側検出コイル２０と３次側検出コイルの２２の相互誘導電圧のみとなる。即ち、検出コイル２０，２２の自己誘導電圧に起因する励磁コイル１６のインダクタンスの変化が生じなくなり、検出コイル２０，２２の出力が印加されたトルクのみを反映する値となる。
【００５３】
このように、２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２のコイルの巻き方向を逆方向に（背反的に）したため、検出コイル２０，２２の自己誘導電圧およびそれに起因して発生する励磁コイル１６の相互誘導電圧が相殺され、励磁コイル１６のインダクタンスは変化しない。このため、検出コイル２０，２２の出力と印加されたトルクの関係が比例関係となり、よってトルクの検出精度を向上させることができる。
【００５４】
次いで、温度変化に起因するインダクタンスの変化について説明する。前述した如く、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂは、負電圧側同士が直列に接続された差動結合とされるため、温度変化に起因するインダクタンスの変化が第１および第２の２次側検出コイル２０ａ，２０ｂのそれぞれで生じたとしても、２次側検出コイル２０全体としてはインダクタンスの変化は相殺されて零となる。また、３次側検出コイル２２においても、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂが正電圧側同士の差動結合とされるため、同様にインダクタンスの変化は相殺されて零となる。
【００５５】
また、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂを負電圧側同士の差動結合とすると共に、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂを正電圧側同士の差動結合としたため、トルクセンサ１０を電動パワーステアリング装置に装着して大きな温度変化に曝される場合でも、温度変化に起因するインダクタンスの変化を相殺してその影響を解消することができ、よって安定した検出特性を得ることができる。このため、運転者からステアリングホイール３４を介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを一層向上させることができる。
【００５６】
図３の説明に戻ると、ＲＣフィルタ７８から出力された励磁信号、より具体的には、実際に励磁コイル１６に供給される電圧波形は、２次側バイアス電圧生成部８０にも入力され、そこで位相が９０度進められた２次側ｃｏｓ波が生成される。また、励磁信号（実際に励磁コイル１６に入力される電圧波形）は３次側バイアス電圧生成部８２にも入力され、そこで位相が９０度遅らされた（−９０度進められた）３次側ｃｏｓ波が生成される。
【００５７】
２次側検出コイル２０の出力（電圧波形）は２次側加算部８４で前記した２次側ｃｏｓ波が加算され、２次側加算波形が生成される。また、３次側検出コイル２２の出力（電圧波形）は３次側加算部８６で前記した３次側ｃｏｓ波が加算され、３次側加算波形が生成される。即ち、２次側ｃｏｓ波と３次側ｃｏｓ波は、各検出コイルが出力した電圧波形に加算されるバイアス電圧を意味する。
【００５８】
図６は、ステアリングシャフト３６にトルクが印加されていないときの２次側加算波形などの各波形を示す説明グラフである。また、図７は、同様にステアリングシャフト３６にトルクが印加されていないときの３次側加算波形などの各波形を示す説明グラフである。
【００５９】
図６に示すように、ステアリングシャフト３６にトルクが印加されていないときは、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂの出力が相殺され、Ｖ２で示す２次側検出コイル２０全体としての出力（以下、「２次側出力」と呼ぶ）は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆと一致する（零となる）。従って、Ｖｐｌｕｓ２で示す２次側加算波形は、Ｖｃｏｓ２で示す２次側ｃｏｓ波と一致する。尚、実際に励磁コイル１６に供給される励磁信号（正弦波）をＶｓｉｎで示す。
【００６０】
また、図７に示すように、ステアリングシャフト３６にトルクが印加されていないときは、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂの出力も相殺され、Ｖ３で示す３次側検出コイル２２全体としての出力（以下、「３次側出力」と呼ぶ）はリファレンス電圧Ｖｒｅｆと一致する（零となる）。従って、Ｖｐｌｕｓ３で示す３次側加算波形は、Ｖｃｏｓ３で示す３次側ｃｏｓ波と一致する。
【００６１】
他方、ステアリングシャフト３６に右回転方向のトルクが印加されると、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂのインダクタンスのバランスが崩れ、図８に示すように、励磁信号Ｖｓｉｎと同位相の２次側出力Ｖ２が生じる。このため、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２は、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２より位相が遅れ方向にずれる。ステアリングシャフト３６に右回転方向のトルクが印加されたときの２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２に対する２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２の位相差（共にリファレンス電圧Ｖｒｅｆを示すときの位相差）を「Ｒ２」で示す。
【００６２】
また、３次側検出コイル２２においても、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂのインダクタンスのバランスが崩れることから、図９に示すように、励磁信号Ｖｓｉｎと同位相の３次側出力Ｖ３が生じる。このため、３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３は、３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３より位相が進み方向にずれる。ステアリングシャフト３６に右回転方向のトルクが印加されたときの３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３に対する３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３の位相差（共にリファレンス電圧Ｖｒｅｆを示すときの位相差）を「Ｒ３」で示す。
【００６３】
ステアリングシャフト３６に左回転方向のトルクが印加されたときの２次側加算波形などの各波形を図１０に示すと共に、３次側加算波形などの各波形を図１１に示す。
【００６４】
２次側出力Ｖ２は、図１０に示すように、右回転方向のトルクが印加されたときのそれに対して１８０度位相がずれた波形となる。従って、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２の位相差（共にリファレンス電圧Ｖｒｅｆを示すときの位相差。「Ｌ２」で示す）も１８０度反対となり、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２より位相が進み方向にずれる。また、３次側出力Ｖ３も、図１１に示すように、右回転方向のトルクが印加されたときのそれに対して１８０度位相がずれた波形となり、３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３の位相差（共にリファレンス電圧Ｖｒｅｆを示すときの位相差。「Ｌ３」で示す）も１８０度反対となる。即ち、３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３より位相が遅れ方向にずれる。
【００６５】
図１２に、印加されるトルクに対する２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３の関係を示す。前述の如く、２次側検出コイル２０を負電圧側同士の差動結合としたのに対し、３次側検出コイル２２を正電圧側同士の差動結合としたため、２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３は印加されるトルクに対して相反する特性を有する。
【００６６】
このため、２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３のそれぞれにバイアス電圧を印加し、よって得た波形（即ち、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３）とバイアス電圧（即ち、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３）の位相差の方向と大きさを検出することで、印加されたトルクの方向と大きさを正確に検出することができる。
【００６７】
ここで、励磁コイル１６に発生する自己誘導電圧は、印加される電圧に対して逆向きの起電力となるため、実際に励磁コイル１６に供給される励磁信号Ｖｓｉｎと９０度の位相差を有する。従って、励磁信号Ｖｓｉｎの位相を９０度ずらした波形をバイアス電圧とすることで前記位相差が最大となり、かつ左右のトルクに対して同一の位相差を得ることができる。換言すれば、トルクの検出感度が最大となると共に、左右のトルクに対して同一の感度を得ることができる。
【００６８】
これについて、図１３および図１４を参照して説明する。図１３は、２次側出力Ｖ２に２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を加えたときのベクトル合成を示す説明図（フェーザ図）である。また、図１４は、２次側出力Ｖ２に、励磁信号Ｖｓｉｎに対して６０度位相ずれしたバイアス電圧を加えたときのベクトル合成を示す説明図（フェーザ図）である。両図において、Ｖ２（＋）はステアリングシャフト３６に右回転方向のトルクが印加されたときの２次側出力Ｖ２を示し、Ｖ２（−）は左回転方向のトルクが印加されたときの２次側出力Ｖ２を示す。
【００６９】
図１３および図１４において、θＲは励磁信号が生成されてから実際に励磁コイル１６に供給されるまでの間に直流抵抗成分によって生じる位相差である。このθＲが生じることから、前述の２次側および３次側バイアス電圧生成部８０，８２では、実際に励磁コイル１６に供給される励磁信号Ｖｓｉｎの位相を所定量ずらして２次側および３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２，Ｖｃｏｓ３を得るようにした。
【００７０】
図１３に示すように、右回転方向のトルクが印加されたときの２次側出力Ｖ２を示すベクトルに、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を示すベクトルを加算して合成することで、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２を示すベクトル（Ｖｐｌｕｓ２（＋））と２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を示すベクトルのなす角度、即ち、位相差を最大とすることができる。また、同図から、２次側出力Ｖ２の電圧値が大きくなってそのベクトルが大きくなるに従って、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２を示すベクトルと２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を示すベクトルのなす角度が大きくなり、位相差が大きくなることが分かる。即ち、トルクが印加されることによって発生する透磁率の増減を電圧値で検出し、さらにその電圧値の変化を位相の変化で記述することができる。
【００７１】
尚、図１４に示すように、右回転方向のトルクが印加されたときの２次側出力Ｖ２を示すベクトルに９０度以外のバイアス電圧、例えば６０度のバイアス電圧を加えることによっても、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２を示すベクトルとバイアス電圧を示すベクトルのなす角度、即ち、位相差は増大するが、９０度の２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を加えた場合に比して、その増加量は小さくなる。
【００７２】
また、同じ６０度のバイアス電圧を、左回転方向のトルクが印加されたときの２次側出力Ｖ２を示すベクトル（Ｖ２（−））に加算すると、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２を示すベクトル（Ｖｐｌｕｓ２（−））と２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を示すベクトルとのなす角度が、右回転方向のトルクが印加されたときのそれと相違するという不具合がある。即ち、入力されるトルクの大きさが同じでも、入力方向によって位相の変化量（ずれ量）が相違するため、右回転方向のトルクと左回転方向のトルクで検出感度が一致しないという不都合がある。
【００７３】
これに対し、図１３に示すように、＋９０度の２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を加算することで、左右の角度の変化量（位相の変化量（ずれ量）の絶対値）を一致させることができ、よって右回転方向のトルクと左回転方向のトルクの検出感度を一致させることができる。
【００７４】
尚、３次側出力Ｖ３と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３のベクトル合成については、図１３および図１４において括弧内に記載した＋と−が逆になると共に、＋９０度を示すベクトルの代わりに、それと逆向きの−９０度を示すベクトルが使用される以外、上記の説明がそのまま妥当する。
【００７５】
このように、励磁コイル１６に供給される励磁信号Ｖｓｉｎの位相を所定量ずらして得たバイアス電圧と２次側および３次側検出コイル２０，２２の出力Ｖ２，Ｖ３を加算するようにしたので、加算値である２次側および３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２，Ｖｐｌｕｓ３と、その比較対象であるバイアス電圧（即ち、２次側および３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２，Ｖｃｏｓ３）との位相のずれを大きくして検出感度を向上させることができるため、トルクの検出精度を向上させることができる。
【００７６】
さらに、前記バイアス電圧を、励磁信号Ｖｓｉｎの位相を９０度進めて生成した２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と、励磁信号Ｖｓｉｎの位相を９０度遅せて生成した３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３とすることで、２次側および３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２，Ｖｐｌｕｓ３と２次側および３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２，Ｖｃｏｓ３との位相ずれが最大となって検出感度を一層向上させることができると共に、左右のトルクに対しても検出感度が同一となるため、より一層検出精度を向上させることができる。このため、運転者からステアリングホイール３４を介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを一層向上させることができる。
【００７７】
尚、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３の位相を１８０度ずらして（９０度と−９０度に）設定したのは、図１５に示すように、例えば処理回路２８が温度変化などの影響を受けて２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３のそれぞれの位相にバラツキが生じても、それぞれのべクトルは同じ回転方向に動くことから、２次側と３次側でその影響が相殺されるためである。
【００７８】
図３の説明に戻ると、位相比較部９０は、上記した２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２の位相差（ずれ）を検出する。具体的には、論理積回路（素子）、より具体的にはＡＮＤ回路（２次側ＡＮＤ回路。図示せず）に励磁信号Ｖｓｉｎと２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２を入力し、印加トルクの大きさと方向（換言すれば、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２の位相差）に対応した矩形波を得る。これを２次側検出トルクＶｔ２とする。
【００７９】
さらに、位相比較部９０は、３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３を図示しないインバータで反転させて得た波形（以下、「反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖ」という）と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３の位相差（ずれ）を検出する。具体的には、論理積回路（素子）、より具体的にはＡＮＤ回路（３次側ＡＮＤ回路。図示せず）に励磁信号Ｖｓｉｎと反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖを入力し、印加トルクの大きさと方向（換言すれば、反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖと３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３の位相差）に対応した矩形波を得る。これを３次側検出トルクＶｔ３とする。図６から図１１の下部に、反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖ、２次側検出トルクＶｔ２および３次側検出トルクＶｔ３などを示す各矩形波を示す。
【００８０】
図６から図１１に示す如く、２次側検出トルクＶｔ２は、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と励磁信号Ｖｓｉｎの両方がリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上となったときにＨ（Ｈｉｇｈ）信号（レベル）とされ、いずれか一方がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを下回るときはＬ（Ｌｏｗ）信号（レベル）とされる。また、３次側検出トルクＶｔ３は、反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖと励磁信号Ｖｓｉｎの両方がリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上となったときにＨ信号とされ、いずれか一方がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを下回るときにＬ信号とされる。尚、理解の便宜のため、図６から図１１において、Ｈ信号の出力期間をハッチングで示す。
【００８１】
図６と図７を比較して分かるように、印加されるトルクが零のときは、２次側検出トルクＶｔ２と３次側検出トルクＶｔ３は常に同一の出力を示す。他方、図８と図９に示すように右回転方向のトルクが印加されると、印加トルクの大きさに比例して２次側検出トルクＶｔ２のＨ信号の出力時間が延長される一方、３次側検出トルクＶｔ３のＨ信号の出力時間が短縮される。また、図１０と図１１に示すように、左回転方向のトルクの印加されると、印加トルクの大きさに比例して２次側検出トルクＶｔ２のＨ信号の出力時間が短縮される一方、３次側検出トルクＶｔ３のＨ信号の出力時間が延長される。
【００８２】
このように、２次側検出トルクＶｔ２は、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２の位相差、即ち、印加トルクの大きさと方向に応じてＨ信号の出力時間が増減する。また、３次側検出トルクＶｔ３も、反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖと３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３の位相差、即ち、印加トルクの大きさと方向に応じてＨ信号の出力時間が増減する。そして、２次側検出トルクＶｔ２と３次側検出トルクＶｔ３は、印加トルクの方向に対して相反する出力を示すので、それらの差分をとることで、ステアリングシャフト３６に印加されたトルクの方向と大きさを感度良く検出することができる。
【００８３】
尚、図６から図１１において、リファレンス電圧Ｖｒｅｆは前記したように励磁信号の中点を正確に示していることから、励磁信号Ｖｓｉｎを所定量位相させて得た２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２や３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３の中点、さらには２次側出力Ｖ２や３次側出力Ｖ３の中点も正確に示される。従って、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２や３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３（および反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖ）の中点も正確に示される。
【００８４】
そのため、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２の位相差、および３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３と反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖの位相差を正確に検出することができ、トルクの検出精度を向上させることができる。従って、運転者からステアリングホイール３４を介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを一層向上させることができる。尚、この実施の形態にあって、検出波形の振幅の大きさは検出していないが、上記の如く、この実施の形態に係るトルクセンサ１０は検出波形の振幅の中点を正確に知ることができるため、振幅の大きさを精度良く検出することも可能である。
【００８５】
図３の説明に戻ると、位相比較部９０から出力された２次側検出トルクＶｔ２と３次側検出トルクＶｔ３は、それぞれＣＲフィルタ（平滑回路）９２，９４を介して平滑化された後、ＥＣＵ６０に入力されると共に、差動増幅部９６に入力されて前記した差分が増幅される。差動増幅部９６の出力は、最終的な検出トルクＶｔｆとしてＥＣＵ６０に入力される。
【００８６】
ＥＣＵ６０は、入力された最終的な検出トルクＶｔｆ（および２次側検出トルクＶｔ２と３次側検出トルクＶｔ３）に基づき、ステアリングシャフト３６に入力されたトルク（操舵トルク）の方向と大きさを検出する。
【００８７】
このように、励磁信号の位相を所定量ずらして得たバイアス電圧を２次側出力Ｖ２および３次側出力Ｖ３のそれぞれに加算し、よって得た２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３（具体的には、それを反転させて得た反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖ）のそれぞれをバイアス電圧と位相で比較し、その位相差に基づいてトルクを検出する、即ち、トルクの印加によって発生する透磁率の増減を電圧値の変化で検出し、その電圧値の変化を位相で検出するようにしたので、電圧値の変化のみでトルクを検出する場合に比して検出感度が高くなると共に、検出電圧が微弱であっても電動機５４などの通電電流からのノイズの影響を受け難くなり、よってトルクの検出精度を向上させることができる。
【００８８】
さらには、相反する特性を有する２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３（具体的には、それらから求められる２次側検出トルクＶｔ２と３次側検出トルクＶｔ３）のそれぞれに基づいて前記位相差を検出し、それらの差分を増幅してトルクを検出するようにしたので、検出感度がより向上し、差動増幅部９６による増幅率を小さくすることができ、他の電気機器からのノイズの影響を受け難くなり（即ち、ノイズが増幅されないため、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができ）、よってトルクの検出精度を一層向上させることができる。また、温度変化に起因するインダクタンスの変化および差動増幅部９６の増幅率の変化を２つの出力（位相差）で相殺することができるため、その影響を解消して安定した検出特性を得ることができる。
【００８９】
また、２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３に加算されるバイアス電圧を、それぞれ励磁信号の位相を９０度または−９０度ずらすことによって生成したので、バイアス電圧（２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３）に対する加算波形（２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３（具体的には、それを反転させて得た反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖ））の位相差が最大となって検出感度を一層向上させることができると共に、トルクの入力方向が異なっても検出感度が一致するため、より一層検出精度を向上させることができる。
【００９０】
図３の説明を続けると、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３（インバータで反転させる前の波形）は、さらに故障検出部９８に入力される。
【００９１】
ここで、トルクセンサ１０が正常な状態にある場合、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２は、図６、図８および図１０に示すように、トルクの印加の有無に関わらず、励磁信号Ｖｓｉｎの電圧値がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを上回る瞬間（下側の振幅から上側の振幅に移行する瞬間）において常にＨ信号を示すと共に、励磁信号Ｖｓｉｎの電圧値がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを下回る瞬間（上側の振幅から下側の振幅に移行する瞬間）において常にＬ信号を示す。また、３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３は、図７、図９および図１１に示すように、トルクの印加の有無に関わらず、励磁信号Ｖｓｉｎの電圧値がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを上回る瞬間において常にＬ信号を示すと共に、励磁信号Ｖｓｉｎの電圧値がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを下回る瞬間において常にＨ信号を示す。しかしながら、トルクセンサ１０に故障が発生すると、上記した出力の関係が崩れる場合がある。
【００９２】
そこで、故障検出部９８は、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３の出力を励磁信号Ｖｓｉｎの立ち上がりと立ち下がりのタイミングで検出し、検出値が上記した関係にないとき、トルクセンサ１０の故障を示す信号を生成してＥＣＵ６０に出力するようにした。
【００９３】
ＥＣＵ６０は、故障検出部９８からトルクセンサ１０の故障を示す信号が出力されたとき、前記した警告灯６６を点灯させて運転者に警報する。
【００９４】
ここで、前述の如く、励磁信号ＶｓｉｎをＥＣＵ６０のクロック周波数（動作周波数）に基づいて生成するようにしたので、励磁信号Ｖｓｉｎの立ち上がりと立ち下がりのタイミングにおける２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３の検出を、ＥＣＵ６０の処理に同期して行うことができる。即ち、トルクセンサ１０が出力を生じてからＥＣＵ６０で故障検出が行なわれるまでの時間的な遅れを解消することができる。このため、この実施の形態に係るトルクセンサ１０にあっては、故障検出をできる限り早く（タイムリーに）行なう必要があるという、車両に搭載されるセンサに対する要求を十分に満足することができる。
【００９５】
また、検出コイルを２系統（２次側と３次側）備え、それらの出力に基づいてトルクセンサ１０の故障を検出するようにしたので、トルクセンサ１０の故障をより正確に検出することができる。
【００９６】
以上のように、この実施の形態に係るトルクセンサにあっては、トルク伝達軸１２（およびステアリングシャフト３６）に固定され、磁気異方性を備えた磁歪膜１４と、前記磁歪膜１４に近接して配置された励磁コイル１６および検出コイル（２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２）と、前記励磁コイル１６が励磁されたときの前記検出コイルの出力（２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３）を入力して入力値から前記トルク伝達軸１２に印加されるトルク（２次側検出トルクＶｔ２、３次側検出トルクＶｔ３、最終的な検出トルクＶｔｆ）を検出する検出部（処理回路２８）とを備えたトルクセンサ１０において、前記検出コイルを４個（具体的には、２次側検出コイル２０を２個（第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂ）、３次側検出コイル２２を２個（第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂ）の計４個）備え、その中の２個（第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂ）を負電圧側同士の差動結合とすると共に、残余の２個（第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂ）を、前記負電圧側同士の差動結合とされた２個のそれと巻き方向を逆向き（背反的）にして正電圧側同士の差動結合とし、さらに前記検出部は、前記負電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの出力（２次側出力Ｖ２）と前記正電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの出力（３次側出力Ｖ３）とに基づいて前記トルク伝達軸１２に印加されるトルクＶｔ２，Ｖｔ３，Ｖｔｆを検出するように構成した。
【００９７】
また、前記トルクセンサ１０は、電動機（電動モータ）５４によって車両３０の操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置の前記操舵トルクを検出するトルクセンサであるように構成した。
【００９８】
尚、上記において、２個の検出コイルを２組設け、それぞれを負電圧側同士および正電圧側同士の差動結合としたが、検出コイルの個数はそれに限られるものではなく、偶数個の検出コイルを２組設け、それぞれを負電圧側同士および正電圧側同士の差動結合とすることにより、同様の効果を得ることができる。
【００９９】
また、この発明に係るトルクセンサ１０を、電動パワーステアリング装置に入力される操舵トルクを検出する場合を例にとって説明したが、トルクセンサ１０の用途はそれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【０１００】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、検出コイルを４個備え、その中の２個の検出コイルを負電圧側同士の差動結合とすると共に、残余の２個の検出コイルを正電圧側同士の差動結合としたので、温度変化に起因するインダクタンスの変化を相殺してその影響を解消し、よって安定した検出特性を得ることができる。また、負電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの巻き方向と正電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの巻き方向を逆向きに（背反的に）して各検出コイルの極性を相違させるようにしたので、検出コイルの自己誘導電圧およびそれに起因する励磁コイルの相互誘導電圧が相殺されて励磁コイルのインダクタンスに変化が生じないため、検出コイルの出力と印加されたトルクの関係が比例関係となり、よってトルクの検出精度を一層向上させることができる。
【０１０１】
請求項２項にあっては、請求項１項に係るトルクセンサは上記した効果を有するので、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に装着されて大きな温度変化に曝されるときも、インダクタンスの変化の影響を解消して安定した検出特性を得ることができるため、運転者からステアリングホイールを介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一つの実施の形態に係るトルクセンサを模式的に示す原理図である。
【図２】図１に示すトルクセンサを電動パワーステアリング装置の操舵トルクを検出するトルクセンサとして利用した場合を示す説明図である。
【図３】図１に示すトルクセンサの構造をより詳細に示すブロック図である。
【図４】図１に示すトルクセンサのリファレンス電圧を示す説明図である。
【図５】図１に示すトルクセンサのうち、センシング部を拡大して示す説明図である。
【図６】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸にトルクが印加されていないときの２次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図７】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸にトルクが印加されていないときの３次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図８】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸に右回転方向の印加トルクが入力されたときの２次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図９】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸に右回転方向の印加トルクが入力されたときの３次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図１０】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸に左回転方向の印加トルクが入力されたときの２次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図１１】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸に左回転方向の印加トルクが入力されたときの３次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図１２】図１に示すトルクセンサの２次側検出コイルと３次側検出コイルの、印加トルクに対する出力特性を示すグラフである。
【図１３】図１に示すトルクセンサの２次側検出コイルの出力に２次側ｃｏｓ波を加えたときのベクトル合成を示す説明図（フェーザ図）である。
【図１４】図１に示すトルクセンサの２次側検出コイルの出力に励磁信号に対して６０度位相ずれしたバイアス電圧を加えたときのベクトル合成を示す説明図（フェーザ図）である。
【図１５】図１に示すトルクセンサの２次側検出コイルの出力に２次側ｃｏｓ波と３次側ｃｏｓ波を加えたときのベクトル合成を示す説明図（フェーザ図）である。
【符号の説明】
１０ トルクセンサ
１２ トルク伝達軸
１４ 磁歪膜（１次側コイル）
１４ａ 第１の磁歪膜
１４ｂ 第２の磁歪膜
１６ 励磁コイル
１６ａ 第１の励磁コイル
１６ｂ 第２の励磁コイル
２０ ２次側検出コイル（２次側コイル）（検出コイル）
２０ａ 第１の２次側検出コイル（検出コイル）
２０ｂ 第２の２次側検出コイル（検出コイル）
２２ ３次側検出コイル（３次側コイル）（検出コイル）
２２ａ 第１の３次側検出コイル（検出コイル）
２２ｂ 第２の３次側検出コイル（検出コイル）
２８ 処理回路（検出部）
３０ 車両
３６ ステアリングシャフト（トルク伝達軸）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a torque sensor, and more particularly, to a non-contact type magnetostrictive torque sensor.
[0002]
[Prior art]
A non-contact type magnetostrictive torque sensor generally includes a magnetic metal thin film fixed to a torque transmission shaft and having uniaxial magnetic anisotropy, and an excitation coil and a detection coil arranged close to the thin film. An increase or decrease in magnetic permeability generated in the magnetostrictive film due to the torque is taken out as a potential difference of the detection coil, and the applied torque is detected.
[0003]
In this type of torque sensor, the inductance of each coil changes (temperature drift occurs) due to a change in temperature, and thus there is a problem that the detection characteristics fluctuate. For this reason, there has been proposed a technique for differentially amplifying two outputs having different positive and negative amplitudes (up and down) to offset a change in inductance due to a temperature change (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-221941 (FIGS. 5, 9 and 10)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When an excitation signal is supplied to the excitation coil and a voltage is applied, an induced current is generated in the detection coil by mutual induction. At this time, a self-induced voltage is generated in the detection coil due to the induced current. Therefore, mutual induction occurs between the excitation coil and the detection coil, and the current flowing through the excitation coil changes (the apparent inductance of the excitation coil changes).
[0006]
As described above, since the inductance of the excitation coil changes due to the self-induced voltage of the detection coil, the output of the detection coil does not show a value proportional to the torque applied to the torque transmission shaft, and the detection accuracy is reduced. However, in the torque sensor according to the related art, only the influence of the change in the inductance due to the temperature change is eliminated, and the change in the inductance of the exciting coil due to the self-induced voltage of the detection coil is considered. There was no room for improvement.
[0007]
Accordingly, it is an object of the present invention to prevent a change in inductance of an exciting coil caused by a self-induced voltage of a detection coil and improve the torque detection accuracy by making the relationship between the output of the detection coil and the applied torque proportional. In addition to providing a torque sensor, the influence of a change in inductance due to a temperature change is eliminated to obtain a stable detection characteristic, thereby further improving the torque detection accuracy. is there.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to claim 1, a magnetostrictive film fixed to a torque transmission shaft and provided with magnetic anisotropy, an exciting coil disposed close to the magnetostrictive film, and a detection coil A torque sensor comprising: a coil; and a detection unit that receives an output of the detection coil when the excitation coil is excited and detects a torque applied to the torque transmission shaft from an input value. Four of them are provided, two of which are differentially coupled to each other on the negative voltage side, and the remaining two are reversed in winding direction from those of the two differentially coupled sides of the negative voltage side. The detection unit further includes a differential coupling between the positive voltage side and the output of the two detection coils that are a differential coupling between the negative voltage sides. The torque transmission shaft based on the outputs of the three detection coils. Configured to detect a torque applied.
[0009]
Since four detection coils are provided, two of which are differentially coupled to each other on the negative voltage side, and the remaining two detection coils are differentially coupled to each other on the positive voltage side. , The change in inductance caused by the above is canceled out to eliminate the influence, and thus a stable detection characteristic can be obtained. Also, the winding directions of the two detection coils that are differentially coupled on the negative voltage side and the winding directions of the two detection coils that are differentially coupled on the positive voltage side are reversed (reciprocally). As a result, the self-induction voltage of the detection coil and the mutual induction voltage of the excitation coil cancel each other, so that the inductance of the excitation coil does not change. Is proportional to the applied torque, so that the accuracy of torque detection can be further improved.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, the torque sensor is configured to be a torque sensor that detects the steering torque of an electric power steering device that assists the steering torque of the vehicle with an electric motor.
[0011]
Since the torque sensor according to claim 1 has the above-described effect, even when the torque sensor is mounted on the electric power steering device mounted on the vehicle and exposed to a large temperature change, the influence of the change in inductance is eliminated and the torque sensor is stabilized. Since the detection characteristics can be obtained, the steering torque applied from the driver via the steering wheel can be accurately detected, so that the steering feeling of the electric power steering can be further improved.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a torque sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0013]
FIG. 1 is a principle view schematically showing a torque sensor according to one embodiment of the present invention.
[0014]
As shown in the figure, a torque sensor 10 is fixed to a torque transmitting shaft (rotating shaft) 12 and has a magnetostrictive film (magnetic metal thin film) 14 having magnetic anisotropy, and an exciting coil disposed close to the magnetostrictive film 14. (Shown as a primary side) 16 and two detection coils 20 and 22 of a secondary side and a tertiary side which are similarly arranged close to the magnetostrictive film 14. Hereinafter, the secondary detection coil 20 is referred to as a “secondary detection coil”, and the tertiary detection coil 22 is referred to as a “tertiary detection coil”.
[0015]
The torque transmission shaft 12 is made of a chromium molybdenum steel material (JIS-G-4105, symbol SCM) containing almost no Ni. The magnetostrictive film 14 is composed of a first magnetostrictive film 14a and a second magnetostrictive film 14b provided with magnetic anisotropy.
[0016]
Specifically, the first magnetostrictive film 14a and the second magnetostrictive film 14b have uniaxial magnetic anisotropy in a direction of ± 45 degrees with respect to the axis 12a of the torque transmission shaft 12, as indicated by arrows in the drawing. It is fixed (attached) over the entire circumference of the torque transmission shaft 12 over a predetermined width. More specifically, each of the magnetostrictive films 14a and 14b is a metal film made of a material whose magnetic permeability changes greatly with respect to strain stress (compression stress and tensile stress). For example, the outer periphery of the torque transmission shaft 12 is wet-plated. It consists of the formed Ni-Fe alloy film. The Ni—Fe alloy film has, for example, 50 to 60% by weight of Ni and the balance of Fe in weight%.
[0017]
The magnetostrictive film 14 may be provided directly on the outer surface of the torque transmission shaft 12 as described above, or may be formed on a separate pipe-shaped member and then fixed on the torque transmission shaft 12 together with another member. . Needless to say, the materials of the magnetostrictive film 14 and the torque transmission shaft 12 are not limited to those described above.
[0018]
The exciting coil 16 includes a first exciting coil 16a and a second exciting coil 16b. The first exciting coil 16a and the second exciting coil 16b are close to the first magnetostrictive film 14a and the second magnetostrictive film 14b (and the torque transmission shaft 12), respectively. It is wound around a magnetic core (not shown) arranged with a gap of about 6 mm, and is excited by an AC current supplied from an excitation power supply 26.
[0019]
The secondary detection coil 20 includes a first secondary detection coil 20a and a second secondary detection coil 20b. The first secondary detection coil 20a and the second secondary detection coil 20b are connected to the first magnetostrictive film 14a and the second magnetostrictive film 14b (and the torque transmission shaft 12), respectively, similarly to the excitation coil 16. They are arranged close to each other, more specifically with a gap of about 0.4 to 0.6 mm. The magnetic core of the exciting coil 16 and the magnetic core of the detection coil 20 are arranged to face each other while approaching the magnetostrictive film 14 (and the torque transmission shaft 12). Further, the winding directions of the first secondary detection coil 20a and the second secondary detection coil 20b are reversed, and differential coupling, specifically, differential coupling between negative voltage sides is performed.
[0020]
The tertiary detection coil 22 also includes a first tertiary detection coil 22a and a second tertiary detection coil 22b, and the first tertiary detection coil 22a and the second tertiary detection coil 22a. The coil 22b is arranged close to the first magnetostrictive film 14a and the second magnetostrictive film 14b (and the torque transmission shaft 12), more specifically, with a gap of about 0.4 to 0.6 mm. The winding directions of the first tertiary side detection coil 22a and the second tertiary side detection coil 22b are also reversed, and differential coupling, specifically, differential coupling between the positive voltage sides.
[0021]
The first tertiary detection coil 22a is wound in the opposite direction to the first secondary detection coil 20a to have a different polarity, and the second tertiary detection coil 22b is connected to the second tertiary detection coil 22b. The winding direction is made opposite to that of the secondary side detection coil 20b, and the polarity is made different.
[0022]
As described above, the torque sensor 10 according to this embodiment includes a total of four detection coils, and the connected coils, and the coils arranged close to the same magnetostrictive film, They are arranged such that the winding directions are opposite (reciprocal).
[0023]
A magnetic circuit is formed between the torque transmission shaft 12 (and the magnetostrictive film 14) and the magnetic core. In the magnetic circuit, when the exciting coil 16 is excited, the torque transmission shaft 12 The permeability increases or decreases in proportion to the generated stress strain, and the induced voltage is output to the output terminals of the detection coils 20 and 22 as a minute change in the voltage value.
[0024]
Outputs of the secondary detection coil 20 and the tertiary detection coil 22 are input to the processing circuit 28. The processing circuit 28 detects the direction and magnitude of the applied torque, as described later, and generates an output indicating the detected direction and magnitude.
[0025]
Hereinafter, an example in which the torque sensor 10 according to this embodiment is mounted on an electric power steering device that assists the steering torque of a vehicle and used as a torque sensor that detects a steering torque input from a driver will be described in detail. .
[0026]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a case where the torque sensor 10 is used as a torque sensor for detecting a steering torque of the electric power steering device.
[0027]
As shown, a steering wheel 34 arranged in a driver's seat of the vehicle 30 is connected to a steering shaft 36, and the steering shaft 36 is connected to a connecting shaft 42 via universal joints 38 and 40.
[0028]
The connecting shaft 42 is connected to a pinion 46 of a rack and pinion type steering gear 44. The pinion 46 meshes with the rack 48, so that the rotational movement input from the steering wheel 34 is converted into a reciprocating movement of the rack 48 via the pinion 46, and tie rods (steering rods) 50 arranged at both ends of the front axle and The two front wheels (steered wheels) 52 are steered in a desired direction via a kingpin (not shown).
[0029]
An electric motor (electric motor) 54 and a ball screw mechanism 56 are arranged coaxially on the rack 48, and the output of the electric motor is converted into a reciprocating motion of the rack 48 via the ball screw mechanism 56 and input via the steering wheel 34. The rack 48 is driven in a direction to assist (decrease) the steering torque (steering force).
[0030]
Here, the aforementioned torque sensor 10 is provided at an appropriate position of the steering shaft 36, and outputs a signal corresponding to the direction and magnitude of the steering force (steering torque) input by the driver.
[0031]
The output of the torque sensor 10 is input to an ECU (electronic control unit) 60 for an electric power steering device. The ECU 60 is composed of a microcomputer, is supplied with driving power from a vehicle-mounted battery (12 V single power source) 62, and operates at a predetermined clock frequency (operating frequency).
[0032]
The ECU 60 determines the assist amount and direction of the steering torque based on the direction and magnitude of the steering torque detected by the torque sensor 10 and a signal indicating the vehicle speed supplied from another ECU (not shown), and determines a command value (PWM control). Is calculated, and the drive of the electric motor 54 is controlled via the motor drive circuit 64. For this reason, the detection accuracy of the steering torque of the torque sensor 10 affects the steering feeling of the electric power steering.
[0033]
Further, the ECU 60 detects a failure of the torque sensor 10 based on the output of the torque sensor 10, and when a failure is detected, turns on a warning lamp 66 disposed near the driver's seat to report the failure to the driver.
[0034]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the torque sensor 10 in detail.
[0035]
As shown in the figure, a vehicle-mounted battery 62 is connected to the ECU 60 via a 5V constant voltage regulator 68, and supplied with an operating voltage of 5V. Here, the clock frequency (operating frequency, more specifically, the internal frequency of the CPU constituting the microcomputer) of the ECU 60 is obtained by internally multiplying the oscillation frequency (external frequency) of the crystal oscillator 70 by a predetermined value. Frequency. In this embodiment, the oscillation frequency of the crystal oscillator 70 is set to 10 MHz, and the magnification inside the ECU 60 is set to 4 times. It is assumed that a square wave is generated.
[0036]
The ECU 60 includes a frequency divider (circuit) 60a therein. The frequency divider 60a includes a counter (not shown) that counts the clock frequency of the ECU 60, and sets the frequency division ratio to an arbitrary value by changing the set value (count value) of the counter by external programming. can do. In this embodiment, the frequency division ratio is set to 1/1600 by setting the count value of the counter to 1600, and a 25 kHz (amplitude 5 V) rectangular wave is output from the frequency divider 60a.
[0037]
The output of the frequency divider 60a is input to the reference voltage generator 72. In this specification, the “reference voltage” means a voltage value indicating a middle point (middle point of amplitude) of an AC signal generated inside the processing circuit 28. The reference voltage generator 72 outputs a voltage corresponding to a duty ratio of 50% of a rectangular wave having an amplitude of 5 V output from the frequency divider 60a, that is, a constant voltage of 2.5 V as a reference voltage.
[0038]
On the other hand, the 25 kHz rectangular wave output from the frequency divider 60a is also input to the band second-order filter (bandpass filter) 74, where harmonic components other than the 25 kHz that constitute the rectangular wave are removed (attenuated). The reference voltage generated by the reference voltage generation unit 72 is input, so that a sine wave (sine wave) having an amplitude of 5 V and a frequency of 25 kHz with a middle point of 2.5 V is generated.
[0039]
The sine wave generated by the band secondary filter 74 is subjected to waveform inversion and amplitude amplification processing by an inverting amplifier (op-amp) 76 (the middle point of the processed waveform is also used as the reference voltage described above). ), And supplied to the excitation coil 16 (specifically, the first excitation coil 16a and the second excitation coil 16b connected thereto) via an RC filter (low-pass filter) 78. When the excitation signal is supplied to the excitation coil 16, the direction and magnitude of the steering torque applied to the steering shaft 36 (not shown in FIG. 3) are applied to the secondary detection coil 20 and the tertiary detection coil 22. An output (voltage waveform) having a phase corresponding to is generated.
[0040]
In this embodiment, as described above, the sine wave as the excitation signal is generated from the waveform obtained by dividing the rectangular wave output from the ECU 60, that is, the excitation signal is generated from the digital signal. Thus, it is possible to supply a stable excitation signal which is hardly affected by a change in temperature or a change in power supply voltage. Therefore, the waveforms output by the secondary side detection coil 20 and the tertiary side detection coil 22 are also stable, so that the accuracy of torque detection can be improved. Therefore, the steering torque applied from the driver via the steering wheel 34 can be detected with high accuracy, and the steering feeling of the electric power steering can be improved.
[0041]
Further, if there is an individual difference (manufacturing variation) in the characteristics of the analog circuit for generating the excitation signal such as the band secondary filter 74, the inverting amplifier 76, and the RC filter 78, the counter is set by external programming. By changing the value (count value) and changing the frequency division ratio of the frequency divider 60a, the frequency of the rectangular wave input to the analog circuit corresponds to the characteristics of the analog circuit, particularly the time constant of the band secondary filter 74. It can be set to a value that has been set. Therefore, even if there is an individual difference in the characteristics of the analog circuit, an excitation signal (sine wave) containing no noise can be generated, and the accuracy of torque detection can be further improved.
[0042]
Further, since the reference voltage indicating the middle point of the sine wave (excitation signal) is a voltage corresponding to a duty ratio of a rectangular wave of 50%, the voltage Vcc supplied from the excitation power supply varies as shown in FIG. Even if the amplitude of the sine wave changes, the reference voltage Vref indicating the midpoint of the amplitude changes accordingly. For example, when the voltage Vcc of the excitation power supply indicates 5.2 V, the reference voltage Vref becomes 50% of the reference voltage, that is, 2.6 V.
[0043]
For this reason, even when the excitation signal is generated using a single power supply (single power supply) such as the vehicle-mounted battery 62, the excitation signal is always up and down (specifically, the upper amplitude and the lower amplitude when the reference voltage Vref is the middle point). , An excitation signal having a large amplitude that does not cause a difference in the amplitude can be generated. In other words, the excitation signal can be generated using the maximum voltage supplied from the excitation power supply. In the configuration shown in FIG. 3, the excitation power source indicates each configuration from the vehicle-mounted battery 62 to the frequency divider 60a, that is, the vehicle-mounted battery 62, the constant voltage regulator 68, the ECU 60, and the frequency divider 60a.
[0044]
Next, the secondary detection coil 20 and the tertiary detection coil 22 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 5 is an enlarged view of the sensing unit indicated by the symbol S in FIG. The sensing unit S includes the excitation coil 16, the secondary detection coil 20, the tertiary detection coil 22, and a steering shaft 36 (not shown) (and the magnetostrictive film 14 fixed thereto).
[0045]
As shown in FIG. 5, a first secondary-side detection coil 20a and a first tertiary-side coil 22a are arranged at positions near the first excitation coil 16a. As described above, the winding directions of the first secondary side detection coil 20a and the first tertiary side coil 22a are reversed (reciprocally) and the polarities thereof are made different. Specifically, the first excitation coil 16a and the first secondary detection coil 20a have the same polarity, and the first excitation coil 16a and the first tertiary coil 22a have different polarities. Can be
[0046]
Further, a second secondary side detection coil 20b and a second tertiary side coil 22b are provided at a position close to the second excitation coil 16b. As described above, the winding directions of the second secondary-side detection coil 20b and the second tertiary-side coil 22b are similarly reversed (reciprocally) so that the polarities are different. Specifically, the second excitation coil 16b and the second secondary detection coil 20b have different polarities, and the second excitation coil 16b and the first tertiary coil 22b have the same polarity. You.
[0047]
As shown in the figure, the first excitation coil 16a and the second excitation coil 16b are connected in series on the negative voltage side and the positive voltage side, respectively. On the other hand, the first secondary side detection coil 20a and the second secondary side detection coil 20b are differentially coupled with their respective negative voltage sides connected in series. Further, the first tertiary detection coil 22a and the second tertiary detection coil 22b are differentially coupled such that their positive voltage sides are connected in series.
[0048]
Here, the induced voltage generated in each coil will be described. In the figure, an arrow (black) indicates a self-induced voltage, and an arrow (white) indicates a mutual induced voltage. The suffix of each arrow indicates that 1 is an excitation coil, 2 is a secondary detection coil, and 3 is an induced voltage generated by an electromotive force of a tertiary detection coil.
[0049]
Taking the first coil (16a, 20a, 22a) to which the symbol a is attached as an example, when an excitation signal is supplied to the first excitation coil 16a and a voltage is applied, the first excitation coil 16a As a result, a current i1 flows and a self-induced voltage is generated in a direction opposite to the flow direction. At this time, a mutual induction voltage is generated between the first secondary detection coil 20a and the first tertiary detection coil 22a.
[0050]
When an induced voltage is generated in the first secondary-side detection coil 20a and the first tertiary-side detection coil 22a, currents (induction currents) i2 and i3 are generated in the respective coils, and the currents in opposite directions to the generated currents are generated. A self-induced voltage occurs. When a self-induced voltage is generated in the first secondary detection coil 20a and the first tertiary detection coil 22a, a mutual induced voltage is generated in the first excitation coil 16a due to the self-induced voltage. The apparent inductance of 16a changes (the flowing current changes).
[0051]
However, in this embodiment, since the winding directions of the first secondary side detection coil 20a and the first tertiary side detection coil 22a are reversed (reciprocally), two Since the phases of the currents flowing through the coils are shifted by 180 degrees, the self-induced voltages generated in the coils also face each other. Therefore, if i2 = i3, the self-induced voltages generated in the first secondary side detection coil 20a and the first tertiary side detection coil 22a cancel each other out to become zero, and the first voltage generated due to them is cancelled. The mutual induction voltage of the exciting coil 16a is also canceled and becomes zero.
[0052]
Therefore, as shown in the example of the second coil (16b, 20b, 22b) denoted by the symbol b, the induced voltage generated in each coil is based on the self-induced voltage of the exciting coil 16 and the secondary voltage generated due to the self-induced voltage. Only the mutual induction voltage between the side detection coil 20 and the tertiary side detection coil 22 is obtained. That is, the inductance of the exciting coil 16 does not change due to the self-induced voltage of the detection coils 20 and 22, and the output of the detection coils 20 and 22 becomes a value reflecting only the applied torque.
[0053]
As described above, since the winding directions of the secondary side detection coil 20 and the tertiary side detection coil 22 are reversed (reciprocally), the self-induced voltages of the detection coils 20 and 22 and the excitation generated due to the self-induced voltage are caused. The mutual induction voltage of the coil 16 is canceled, and the inductance of the exciting coil 16 does not change. For this reason, the relationship between the output of the detection coils 20 and 22 and the applied torque becomes proportional, and the accuracy of torque detection can be improved.
[0054]
Next, a change in inductance due to a temperature change will be described. As described above, since the first secondary side detection coil 20a and the second secondary side detection coil 20b are differentially coupled in which the negative voltage sides are connected in series, the inductance of the inductance due to the temperature change is reduced. Even if the change occurs in each of the first and second secondary detection coils 20a and 20b, the change in the inductance of the entire secondary detection coil 20 is canceled and becomes zero. Also, in the tertiary detection coil 22, the first tertiary detection coil 22a and the second tertiary detection coil 22b are differentially coupled to each other on the positive voltage side. It is offset to zero.
[0055]
Further, the first secondary side detection coil 20a and the second secondary side detection coil 20b are differentially coupled to each other on the negative voltage side, and the first tertiary side detection coil 22a and the second tertiary side detection coil 22a. Since the detection coil 22b is differentially coupled between the positive voltage sides, even when the torque sensor 10 is mounted on the electric power steering device and is exposed to a large temperature change, the change in inductance due to the temperature change is canceled out. The influence can be eliminated, and a stable detection characteristic can be obtained. Therefore, the steering torque applied from the driver via the steering wheel 34 can be detected with high accuracy, and the steering feeling of the electric power steering can be further improved.
[0056]
Returning to the description of FIG. 3, the excitation signal output from the RC filter 78, more specifically, the voltage waveform actually supplied to the excitation coil 16 is also input to the secondary-side bias voltage generation unit 80, Therefore, a secondary side cos wave whose phase is advanced by 90 degrees is generated. The excitation signal (the voltage waveform actually input to the excitation coil 16) is also input to the tertiary-side bias voltage generator 82, where the phase is delayed by 90 degrees (advanced by -90 degrees). A side cos wave is generated.
[0057]
The output (voltage waveform) of the secondary side detection coil 20 is added to the secondary side cosine wave by the secondary side addition unit 84 to generate a secondary side addition waveform. The output (voltage waveform) of the tertiary side detection coil 22 is added to the tertiary side cosine wave by the tertiary side adder 86 to generate a tertiary side addition waveform. That is, the secondary side cos wave and the tertiary side cos wave mean a bias voltage added to the voltage waveform output from each detection coil.
[0058]
FIG. 6 is an explanatory graph showing waveforms such as a secondary-side added waveform when torque is not applied to the steering shaft 36. FIG. 7 is an explanatory graph showing waveforms such as a tertiary-side addition waveform when torque is not applied to the steering shaft 36.
[0059]
As shown in FIG. 6, when no torque is applied to the steering shaft 36, the outputs of the first secondary side detection coil 20a and the second secondary side detection coil 20b cancel each other out, and the secondary side indicated by V2 The output of the entire side detection coil 20 (hereinafter, referred to as “secondary side output”) matches the reference voltage Vref (becomes zero). Therefore, the secondary-side addition waveform indicated by Vplus2 matches the secondary-side cos wave indicated by Vcos2. The excitation signal (sine wave) actually supplied to the excitation coil 16 is indicated by Vsin.
[0060]
As shown in FIG. 7, when no torque is applied to the steering shaft 36, the outputs of the first tertiary side detection coil 22a and the second tertiary side detection coil 22b are also cancelled, and are indicated by V3. The output of the tertiary-side detection coil 22 as a whole (hereinafter referred to as “tertiary-side output”) matches the reference voltage Vref (becomes zero). Therefore, the tertiary-side addition waveform indicated by Vplus3 coincides with the tertiary-side cos wave indicated by Vcos3.
[0061]
On the other hand, when torque in the right rotation direction is applied to the steering shaft 36, the balance between the inductance of the first secondary detection coil 20a and the inductance of the second secondary detection coil 20b is lost, and as shown in FIG. A secondary output V2 having the same phase as the excitation signal Vsin is generated. Therefore, the phase of the secondary-side added waveform Vplus2 is shifted in the delay direction from the phase of the secondary-side cos wave Vcos2. The phase difference of the secondary side added waveform Vplus2 with respect to the secondary side cos wave Vcos2 when the torque in the right rotation direction is applied to the steering shaft 36 (the phase difference when both indicate the reference voltage Vref) is indicated by “R2”.
[0062]
Also, in the tertiary detection coil 22, since the balance between the inductances of the first tertiary detection coil 22a and the second tertiary detection coil 22b is lost, as shown in FIG. An in-phase tertiary output V3 is generated. Therefore, the phase of the tertiary-side addition waveform Vplus3 is shifted in the leading direction from the phase of the tertiary-side cos wave Vcos3. The phase difference of the tertiary added waveform Vplus3 with respect to the tertiary cos wave Vcos3 when the torque in the right rotation direction is applied to the steering shaft 36 (the phase difference when both indicate the reference voltage Vref) is indicated by “R3”.
[0063]
Each waveform such as a secondary-side added waveform when a torque in the left rotation direction is applied to the steering shaft 36 is shown in FIG. 10, and each waveform such as a tertiary-side added waveform is shown in FIG.
[0064]
As shown in FIG. 10, the secondary output V2 has a waveform that is 180 degrees out of phase with respect to that when a rightward rotation torque is applied. Accordingly, the phase difference between the secondary side cos wave Vcos2 and the secondary side added waveform Vplus2 (the phase difference when both show the reference voltage Vref, shown by "L2") is also 180 degrees opposite, and the phase is higher than the secondary side cos wave Vcos2. Shifts in the direction of travel. Also, as shown in FIG. 11, the tertiary-side output V3 has a waveform that is 180 degrees out of phase with respect to that when the clockwise rotation torque is applied, and the tertiary-side cos wave Vcos3 and the tertiary-side addition The phase difference of the waveform Vplus3 (the phase difference when both indicate the reference voltage Vref, indicated by “L3”) is also 180 ° opposite. That is, the phase is shifted in the delay direction from the tertiary cos wave Vcos3.
[0065]
FIG. 12 shows the relationship between the secondary output V2 and the tertiary output V3 with respect to the applied torque. As described above, the secondary detection coil 20 is differentially coupled to the negative voltage side, whereas the tertiary detection coil 22 is differentially coupled to the positive voltage side. The secondary output V3 has a characteristic that is opposite to the applied torque.
[0066]
Therefore, a bias voltage is applied to each of the secondary-side output V2 and the tertiary-side output V3, and the waveforms obtained (that is, the secondary-side addition waveform Vplus2 and the tertiary-side addition waveform Vplus3) and the bias voltage (that is, the bias voltage) By detecting the direction and magnitude of the phase difference between the secondary side cos wave Vcos2 and the tertiary side cos wave Vcos3), the direction and magnitude of the applied torque can be accurately detected.
[0067]
Here, the self-induced voltage generated in the exciting coil 16 has a phase difference of 90 degrees from the exciting signal Vsin actually supplied to the exciting coil 16 since the self-induced voltage is an electromotive force in the opposite direction to the applied voltage. . Therefore, the phase difference is maximized by using a waveform obtained by shifting the phase of the excitation signal Vsin by 90 degrees as the bias voltage, and the same phase difference can be obtained for the left and right torques. In other words, the torque detection sensitivity is maximized, and the same sensitivity can be obtained for the left and right torques.
[0068]
This will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is an explanatory diagram (phasor diagram) illustrating vector synthesis when the secondary side cos wave Vcos2 is added to the secondary side output V2. FIG. 14 is an explanatory diagram (phasor diagram) illustrating vector synthesis when a bias voltage having a phase shift of 60 degrees with respect to the excitation signal Vsin is applied to the secondary output V2. In both figures, V2 (+) indicates the secondary output V2 when the rightward rotation torque is applied to the steering shaft 36, and V2 (-) indicates the secondary output when the leftward rotation torque is applied. 5 shows the side output V2.
[0069]
13 and 14, θR is a phase difference caused by a DC resistance component between the time when the excitation signal is generated and the time when the excitation signal is actually supplied to the excitation coil 16. Due to the occurrence of θR, the above-described secondary-side and tertiary-side bias voltage generation units 80 and 82 shift the phase of the excitation signal Vsin actually supplied to the excitation coil 16 by a predetermined amount, and change the secondary-side and tertiary-side bias voltage. Side cos waves Vcos2 and Vcos3 were obtained.
[0070]
As shown in FIG. 13, the secondary side addition is performed by adding a vector representing the secondary side cos wave Vcos2 to a vector representing the secondary side output V2 when the torque in the right rotation direction is applied and combining the vectors. The angle between the vector (Vplus2 (+)) indicating the waveform Vplus2 and the vector indicating the secondary side cos wave Vcos2, that is, the phase difference can be maximized. Also, as shown in the figure, as the voltage value of the secondary output V2 increases and its vector increases, the angle formed by the vector indicating the secondary addition waveform Vplus2 and the vector indicating the secondary cos wave Vcos2 increases. It can be seen that the phase difference increases. That is, an increase or decrease in magnetic permeability caused by application of torque can be detected by a voltage value, and a change in the voltage value can be described by a change in phase.
[0071]
As shown in FIG. 14, by applying a bias voltage other than 90 degrees, for example, a bias voltage of 60 degrees to the vector indicating the secondary side output V2 when the torque in the right rotation direction is applied, The angle formed by the vector indicating the side addition waveform Vplus2 and the vector indicating the bias voltage, that is, the phase difference increases, but the increase decreases as compared with the case where the secondary side cos wave Vcos2 of 90 degrees is added. .
[0072]
When the same 60-degree bias voltage is added to the vector (V2 (−)) indicating the secondary output V2 when the torque in the left rotation direction is applied, the vector (Vplus2) indicating the secondary added waveform Vplus2 is obtained. There is a disadvantage that the angle between (−)) and the vector indicating the secondary side cos wave Vcos2 is different from that when a clockwise rotation torque is applied. That is, even if the magnitude of the input torque is the same, since the phase change amount (shift amount) differs depending on the input direction, there is an inconvenience that the detection sensitivity does not match between the torque in the right rotation direction and the torque in the left rotation direction. .
[0073]
On the other hand, as shown in FIG. 13, by adding the + 90-degree secondary-side cos wave Vcos2, it is possible to make the amount of change in the left and right angles (the absolute value of the amount of change (the amount of deviation)) coincide. Accordingly, the detection sensitivity of the torque in the right rotation direction and the detection sensitivity of the torque in the left rotation direction can be matched.
[0074]
In addition, regarding the vector synthesis of the tertiary side output V3 and the tertiary side cos wave Vcos3, + and-described in parentheses in FIGS. 13 and 14 are reversed, and instead of the vector indicating +90 degrees, The above description is appropriate as it is except that a vector indicating −90 degrees in the opposite direction is used.
[0075]
As described above, the bias voltage obtained by shifting the phase of the excitation signal Vsin supplied to the excitation coil 16 by a predetermined amount and the outputs V2 and V3 of the secondary side and tertiary side detection coils 20 and 22 are added. The phase shift between the added side secondary and tertiary side added waveforms Vplus2 and Vplus3 and the bias voltage (ie, the secondary and tertiary side cos waves Vcos2 and Vcos3) to be compared is increased. As a result, the detection sensitivity can be improved, so that the torque detection accuracy can be improved.
[0076]
Further, by setting the bias voltage to a secondary side cos wave Vcos2 generated by advancing the phase of the excitation signal Vsin by 90 degrees and a tertiary side cos wave Vcos3 generated by delaying the phase of the excitation signal Vsin by 90 degrees. The phase shift between the secondary and tertiary added waveforms Vplus2 and Vplus3 and the secondary and tertiary cos waves Vcos2 and Vcos3 is maximized, so that the detection sensitivity can be further improved. Since the detection sensitivity is the same, the detection accuracy can be further improved. Therefore, the steering torque applied from the driver via the steering wheel 34 can be detected with high accuracy, and the steering feeling of the electric power steering can be further improved.
[0077]
Note that the phase of the secondary side cos wave Vcos2 and the phase of the tertiary side cos wave Vcos3 are shifted by 180 degrees (90 degrees and -90 degrees), for example, as shown in FIG. Even if the phases of the secondary side cos wave Vcos2 and the tertiary side cos wave Vcos3 vary due to the influence of the above, the vectors move in the same rotational direction, so the secondary side and the tertiary side This offsets the effect.
[0078]
Returning to the description of FIG. 3, the phase comparison unit 90 detects a phase difference (shift) between the above-mentioned secondary added waveform Vplus2 and the secondary cos wave Vcos2. Specifically, the excitation signal Vsin and the secondary addition waveform Vplus2 are input to an AND circuit (element), more specifically, an AND circuit (secondary AND circuit, not shown), and the magnitude of the applied torque is determined. A rectangular wave corresponding to the direction (in other words, the phase difference between the secondary added waveform Vplus2 and the secondary cos wave Vcos2) is obtained. This is defined as a secondary detection torque Vt2.
[0079]
Further, the phase comparing section 90 calculates a phase difference between a waveform obtained by inverting the tertiary-side added waveform Vplus3 by an inverter (not shown) (hereinafter, referred to as “inverted tertiary-side added waveform Vplus3inv”) and the tertiary-side cosine wave Vcos3. (Shift) is detected. Specifically, the excitation signal Vsin and the inverted tertiary-side addition waveform Vplus3inv are input to an AND circuit (element), more specifically, an AND circuit (tertiary-side AND circuit, not shown), and the applied torque is increased. A rectangular wave corresponding to the magnitude and direction (in other words, the phase difference between the inverted tertiary-side added waveform Vplus3inv and the tertiary-side cos wave Vcos3) is obtained. This is defined as the tertiary detection torque Vt3. The lower part of FIGS. 6 to 11 shows respective rectangular waves indicating the tertiary added waveform Vplus3inv after inversion, the secondary detection torque Vt2, the tertiary detection torque Vt3, and the like.
[0080]
As shown in FIGS. 6 to 11, the secondary detection torque Vt2 is set to an H (High) signal (level) when both the secondary addition waveform Vplus2 and the excitation signal Vsin are equal to or higher than the reference voltage Vref. When one of them is lower than the reference voltage Vref, the signal is set to an L (Low) signal (level). The tertiary-side detection torque Vt3 is set to an H signal when both the inverted tertiary-side added waveform Vplus3inv and the excitation signal Vsin are equal to or higher than the reference voltage Vref, and when one of them is lower than the reference voltage Vref. This is an L signal. For convenience of understanding, the output period of the H signal is indicated by hatching in FIGS.
[0081]
As can be seen by comparing FIGS. 6 and 7, when the applied torque is zero, the secondary side detected torque Vt2 and the tertiary side detected torque Vt3 always show the same output. On the other hand, when the torque in the right rotation direction is applied as shown in FIGS. 8 and 9, the output time of the H signal of the secondary detection torque Vt2 is extended in proportion to the magnitude of the applied torque, while 3 The output time of the H signal of the secondary side detection torque Vt3 is reduced. Also, as shown in FIGS. 10 and 11, when the torque in the left rotation direction is applied, the output time of the H signal of the secondary detection torque Vt2 is shortened in proportion to the magnitude of the applied torque. The output time of the H signal of the tertiary detection torque Vt3 is extended.
[0082]
As described above, the secondary detection torque Vt2 increases or decreases the output time of the H signal according to the phase difference between the secondary addition waveform Vplus2 and the secondary cos wave Vcos2, that is, the magnitude and direction of the applied torque. The output time of the H signal also increases or decreases in accordance with the phase difference between the inverted tertiary added waveform Vplus3inv and the tertiary cos wave Vcos3, that is, the magnitude and direction of the applied torque. Since the secondary-side detected torque Vt2 and the tertiary-side detected torque Vt3 show outputs that are opposite to each other in the direction of the applied torque, the difference between them is calculated to determine the direction of the torque applied to the steering shaft 36. The size can be detected with high sensitivity.
[0083]
In FIGS. 6 to 11, since the reference voltage Vref accurately indicates the midpoint of the excitation signal as described above, the secondary-side cos waves Vcos2 and 3 obtained by phase-shifting the excitation signal Vsin by a predetermined amount are used. The midpoint of the secondary side cos wave Vcos3, and also the midpoint of the secondary side output V2 and the tertiary side output V3 are shown accurately. Therefore, the middle point of the secondary-side added waveform Vplus2 and the tertiary-side added waveform Vplus3 (and the tertiary-side added waveform Vplus3inv after inversion) are also accurately shown.
[0084]
Therefore, the phase difference between the secondary side cos wave Vcos2 and the secondary side added waveform Vplus2 and the phase difference between the tertiary side cos wave Vcos3 and the inverted tertiary side added waveform Vplus3inv can be accurately detected, and the torque can be detected. Accuracy can be improved. Therefore, the steering torque applied from the driver via the steering wheel 34 can be detected with high accuracy, and the steering feeling of the electric power steering can be further improved. In this embodiment, the magnitude of the amplitude of the detected waveform is not detected. However, as described above, the torque sensor 10 according to the embodiment can accurately know the midpoint of the amplitude of the detected waveform. Therefore, the magnitude of the amplitude can be detected with high accuracy.
[0085]
Returning to the description of FIG. 3, after the secondary detection torque Vt2 and the tertiary detection torque Vt3 output from the phase comparison unit 90 are smoothed via CR filters (smoothing circuits) 92 and 94, respectively, The difference is input to the ECU 60 and also input to the differential amplifier 96 to amplify the difference. The output of the differential amplifier 96 is input to the ECU 60 as the final detected torque Vtf.
[0086]
The ECU 60 detects the direction and magnitude of the torque (steering torque) input to the steering shaft 36 based on the input final detection torque Vtf (and the secondary detection torque Vt2 and the tertiary detection torque Vt3). I do.
[0087]
In this way, the bias voltage obtained by shifting the phase of the excitation signal by a predetermined amount is added to each of the secondary output V2 and the tertiary output V3, and the secondary added waveform Vplus2 and the tertiary added waveform thus obtained are added. Each of Vplus3 (specifically, an inverted tertiary-side added waveform Vplus3inv obtained by inverting Vplus3) is compared with a bias voltage and a phase, and torque is detected based on the phase difference, that is, torque is applied. The change in the magnetic permeability caused by the change is detected by the change in the voltage value, and the change in the voltage value is detected by the phase, so that the detection sensitivity is higher than when the torque is detected only by the change in the voltage value. In addition, even if the detected voltage is weak, the influence of noise from the current flowing through the electric motor 54 and the like is less likely to occur, so that the accuracy of torque detection can be improved.
[0088]
Further, the position is determined based on each of the secondary output V2 and the tertiary output V3 (specifically, the secondary detection torque Vt2 and the tertiary detection torque Vt3 obtained therefrom) having contradictory characteristics. Since the phase difference is detected and the difference is amplified to detect the torque, the detection sensitivity is further improved, the amplification factor by the differential amplification unit 96 can be reduced, and noise from other electric devices can be reduced. (I.e., the noise is not amplified, so that the S / N ratio can be increased), so that the torque detection accuracy can be further improved. Further, since a change in inductance due to a temperature change and a change in the amplification factor of the differential amplifying unit 96 can be canceled out by two outputs (phase differences), the effects can be eliminated to obtain a stable detection characteristic. Can be.
[0089]
Also, since the bias voltage to be added to the secondary output V2 and the tertiary output V3 is generated by shifting the phase of the excitation signal by 90 degrees or -90 degrees, respectively, the bias voltage (the secondary cosine wave Vcos2 and Phase difference between added waveforms (secondary added waveform Vplus2 and tertiary added waveform Vplus3 (specifically, inverted third-order added waveform Vplus3inv obtained by inverting them) with respect to third-order cos wave Vcos3) Is maximized, and the detection sensitivity can be further improved, and the detection sensitivities match even if the torque input directions are different, so that the detection accuracy can be further improved.
[0090]
Continuing the description of FIG. 3, the secondary-side added waveform Vplus2 and the tertiary-side added waveform Vplus3 (the waveform before being inverted by the inverter) are further input to the failure detection unit 98.
[0091]
Here, when the torque sensor 10 is in a normal state, the secondary added waveform Vplus2 has a voltage value of the excitation signal Vsin regardless of whether or not the torque is applied, as shown in FIGS. At the moment when the voltage exceeds the reference voltage Vref (at the moment when the amplitude shifts from the lower amplitude to the upper amplitude), and at the moment when the voltage value of the excitation signal Vsin falls below the reference voltage Vref (from the upper amplitude to the lower amplitude). At the moment of transition to the amplitude). Further, as shown in FIGS. 7, 9, and 11, the tertiary-side addition waveform Vplus3 always outputs the L signal at the moment when the voltage value of the excitation signal Vsin exceeds the reference voltage Vref regardless of whether or not the torque is applied. In addition, at the moment when the voltage value of the excitation signal Vsin falls below the reference voltage Vref, the H signal is always shown. However, when a failure occurs in the torque sensor 10, the above-described relationship between outputs may be broken.
[0092]
Therefore, the failure detection unit 98 detects the outputs of the secondary-side added waveform Vplus2 and the tertiary-side added waveform Vplus3 at the rising and falling timings of the excitation signal Vsin. A signal indicating the failure of No. 10 is generated and output to the ECU 60.
[0093]
When a signal indicating a failure of the torque sensor 10 is output from the failure detection unit 98, the ECU 60 turns on the warning lamp 66 to warn the driver.
[0094]
Here, as described above, since the excitation signal Vsin is generated based on the clock frequency (operating frequency) of the ECU 60, the secondary side added waveform Vplus2 and the tertiary side at the rising and falling timings of the excitation signal Vsin The detection of the added waveform Vplus3 can be performed in synchronization with the processing of the ECU 60. That is, it is possible to eliminate a time delay from when the output of the torque sensor 10 occurs to when the ECU 60 detects a failure. For this reason, the torque sensor 10 according to the present embodiment can sufficiently satisfy the requirement for the sensor mounted on the vehicle that the failure detection needs to be performed as soon as possible (timely). .
[0095]
Further, since two detection coils are provided (the secondary side and the tertiary side) and the failure of the torque sensor 10 is detected based on the output thereof, the failure of the torque sensor 10 can be detected more accurately. it can.
[0096]
As described above, in the torque sensor according to this embodiment, the magnetostrictive film 14 fixed to the torque transmission shaft 12 (and the steering shaft 36) and having magnetic anisotropy The excitation coil 16 and the detection coil (the secondary detection coil 20 and the tertiary detection coil 22) which are arranged in the arrangement, and the output of the detection coil when the excitation coil 16 is excited (the secondary output V2 and A detection unit that receives the tertiary output V3) and detects the torque (the secondary detection torque Vt2, the tertiary detection torque Vt3, and the final detection torque Vtf) applied to the torque transmission shaft 12 from the input value. (Processing circuit 28), the four detection coils (specifically, the two secondary detection coils 20 (the first secondary detection coil 20a and the second Secondary side detection 20b), two tertiary-side detection coils 22 (a total of four tertiary-side detection coils 22a and second tertiary-side detection coils 22b) are provided, and two of them (the first The secondary detection coil 20a and the second secondary detection coil 20b) are differentially coupled to each other on the negative voltage side, and the remaining two coils (the first tertiary detection coil 22a and the second The side detection coil 22b) has two windings, which are differentially coupled to each other on the negative voltage side, and has a winding direction opposite (reciprocal) to the differential coupling on the positive voltage side. Outputs (secondary output V2) of the two detection coils that are differentially coupled to each other on the negative voltage side and outputs (tertiary side output) of two detection coils that are differentially coupled to each other on the positive voltage side Based on the output V3), the torques Vt2, Vt3, and Vtf applied to the torque transmission shaft 12 are detected. Sea urchin was constructed.
[0097]
Further, the torque sensor 10 is configured to be a torque sensor that detects the steering torque of an electric power steering device that assists the steering torque of the vehicle 30 with an electric motor (electric motor) 54.
[0098]
In the above description, two sets of two detection coils are provided, each of which is a differential coupling between the negative voltage side and the positive voltage side. However, the number of the detection coils is not limited thereto, and an even number of detection coils may be provided. The same effect can be obtained by providing two sets of coils, each of which is differentially coupled between the negative voltage side and the positive voltage side.
[0099]
Further, the case where the torque sensor 10 according to the present invention detects the steering torque input to the electric power steering device has been described as an example, but it goes without saying that the use of the torque sensor 10 is not limited thereto.
[0100]
【The invention's effect】
In the present invention, four detection coils are provided, two of which are differentially coupled to each other on the negative voltage side, and the remaining two detection coils are connected to each other on the positive voltage side. Since the differential coupling is used, a change in inductance due to a temperature change is canceled out to eliminate the influence, and thus a stable detection characteristic can be obtained. Also, the winding directions of the two detection coils that are differentially coupled on the negative voltage side and the winding directions of the two detection coils that are differentially coupled on the positive voltage side are reversed (reciprocally). As a result, the self-induction voltage of the detection coil and the mutual induction voltage of the excitation coil cancel each other, so that the inductance of the excitation coil does not change. Is proportional to the applied torque, so that the accuracy of torque detection can be further improved.
[0101]
According to the second aspect of the present invention, the torque sensor according to the first aspect has the above-described effect. Therefore, even when the torque sensor is mounted on the electric power steering device mounted on the vehicle and is exposed to a large temperature change, the inductance of the inductance is reduced. Since the effect of the change can be eliminated and a stable detection characteristic can be obtained, the steering torque applied from the driver via the steering wheel can be accurately detected, thereby further improving the steering feeling of the electric power steering. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle view schematically showing a torque sensor according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a case where the torque sensor shown in FIG. 1 is used as a torque sensor for detecting a steering torque of an electric power steering device.
FIG. 3 is a block diagram showing the structure of the torque sensor shown in FIG. 1 in more detail;
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a reference voltage of the torque sensor shown in FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an enlarged sensing part of the torque sensor shown in FIG. 1;
FIG. 6 is an explanatory graph showing an output (voltage waveform) of a secondary detection coil and the like when torque is not applied to a torque transmission shaft in the torque sensor shown in FIG. 1;
FIG. 7 is an explanatory graph showing an output (voltage waveform) of a tertiary detection coil and the like when torque is not applied to a torque transmission shaft in the torque sensor shown in FIG. 1;
8 is an explanatory graph showing an output (voltage waveform) of a secondary detection coil and the like when a torque applied in the right rotation direction is input to the torque transmission shaft in the torque sensor shown in FIG. 1;
9 is an explanatory graph showing an output (voltage waveform) of a tertiary detection coil and the like when an applied torque in the right rotation direction is input to the torque transmission shaft in the torque sensor shown in FIG. 1;
10 is an explanatory graph showing an output (voltage waveform) of a secondary-side detection coil and the like when an applied torque in the left rotation direction is input to the torque transmission shaft in the torque sensor shown in FIG. 1;
11 is an explanatory graph showing an output (voltage waveform) of a tertiary detection coil and the like when an applied torque in the left rotation direction is input to the torque transmission shaft in the torque sensor shown in FIG. 1;
12 is a graph showing output characteristics of a secondary detection coil and a tertiary detection coil of the torque sensor shown in FIG. 1 with respect to applied torque.
13 is an explanatory diagram (a phasor diagram) illustrating vector synthesis when a secondary side cos wave is added to the output of the secondary side detection coil of the torque sensor illustrated in FIG. 1;
FIG. 14 is an explanatory diagram (phasor diagram) illustrating vector synthesis when a bias voltage having a phase shift of 60 degrees with respect to an excitation signal is applied to the output of the secondary detection coil of the torque sensor illustrated in FIG. 1;
FIG. 15 is an explanatory diagram (phasor diagram) showing vector synthesis when a secondary side cos wave and a tertiary side cos wave are added to the output of the secondary side detection coil of the torque sensor shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 Torque sensor 12 Torque transmission shaft 14 Magnetostrictive film (primary coil)
14a First magnetostrictive film 14b Second magnetostrictive film 16 Excitation coil 16a First excitation coil 16b Second excitation coil 20 Secondary detection coil (secondary coil) (detection coil)
20a First secondary side detection coil (detection coil)
20b Second secondary side detection coil (detection coil)
22 Tertiary detection coil (tertiary coil) (detection coil)
22a First tertiary side detection coil (detection coil)
22b Second tertiary detection coil (detection coil)
28 processing circuit (detection unit)
30 Vehicle 36 Steering shaft (torque transmission shaft)
